CA1248185A - Methode et systeme de controle de l'erosion des electrodes d'une torche a plasma - Google Patents
Methode et systeme de controle de l'erosion des electrodes d'une torche a plasmaInfo
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/40—Details, e.g. electrodes, nozzles using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc
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Abstract
ABREGE DESCRIPTIF
La divulgation décrit une méthode et un système de contrôle de l'érosion des électrodes d'une torche à plasma, dans laquelle s'établit un arc électrique lorsque les élec-trodes sont reliées à une alimentation électrique. Un champ magnétique axial engendré par un système à bobine de champ provoque la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes. Selon l'invention, l'on fait à varier périodiquement la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc, entraînant ainsi un déplacement axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc. La torche à plasma selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle peut faire varier périodique-ment la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc entraînant ainsi un déplace-ment axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc. Dans ces conditions on auqmente sensiblement la vie des électrodes.
La divulgation décrit une méthode et un système de contrôle de l'érosion des électrodes d'une torche à plasma, dans laquelle s'établit un arc électrique lorsque les élec-trodes sont reliées à une alimentation électrique. Un champ magnétique axial engendré par un système à bobine de champ provoque la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes. Selon l'invention, l'on fait à varier périodiquement la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc, entraînant ainsi un déplacement axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc. La torche à plasma selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle peut faire varier périodique-ment la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc entraînant ainsi un déplace-ment axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc. Dans ces conditions on auqmente sensiblement la vie des électrodes.
Description
~;~48~1~S
La présente invention concerne une méthode et un système de controle de l'érosion des électrodes d'une torche à plasma. Plus précisément, l'invention se rapporte à l'uti-lisation de la torche à plasma dans des conditions où les électrodes de cette dernière ont une vie sensiblement prolongée en augmentant la surface balayée par le pied d'arc.
On sait que l'industrie du fer et de l'acier demande beaucoup d'énergie, cette dernière étant surtout produite par des combustibles, et fait assez peu usage d'électricité. C'est ainsi que dans les usines soit disant intégrés on préfère uti-liser du charbon pour fournir la plus grande partie de l'éner-gie (chimique et thermique) pour la réduction du minerai de fer à l'état métallique On utilise aussi le charbon comme source d'énergie pour fabriquer de l'acier en transformant di-rectement le métal dans un four à sole ou dans les fours à
oxygène et à coke, ainsi que dans les autres étapes de traite-ment (four à coke et haut-fourneau à gaz). D'autre part, on sait que dans les usines non intégrés la fusion et le chauffa~e doivent utiliser d'autres formes d'énergie.
Pour toutes sortes de raisons, il y aurait intéret à convertir le plus possible de ces usines, à l'électricité, si seulement cela s'avérerait rentable. Cependant aux taux présents de l'électricité, surtout si l'on utilise de l'é~ui-pement conventionnel il n'est pas apparu pratique d'effectuer la conversion. I1 reste la torche à plasma qui pourrait se mOntrer d'utilisation intéressante et pratique surtout dans la production de courant d'air chaud ou de gaæ réducteur pour les hauts-fourneaux, le reforming de carburant fossile pour réduction directe, le remplacement des électrodes dans les fours à arc, le préchauffage de la ferraille, la fusion aux gaz inertes, la mise a feu des boulettes, le chauffage des lingots et le préchauffage des poches.
L'utilisation d'arcs électriques pour obtenir des gaz à très haute température date du début du slècle et l'appa-reil dont on se sert pour produire ces températures est commu-nément nommée torche à plasma. Ces dispositifs SOIlt rapidement passés de simples curiosités de laboratoires à des équipements spécialisés pour la fabrication d'objets uniques. Récemment, les prix croissants et des incertitudes quant à la disponibilité
des combustibles à base d'hydro-carbures légers ont mené les experts à considérer l'application des torches à plasma à un plus grand nombre de procédés industriels opérant à hautes températures. Deux raisons principales sont à la base de cette proposition. En premier lieu, ce dispositif permet d'attein-dre des températures beaucoup plus élevées, résultant en des taux d'efficacité de chauffage beaucoup plus élevés que ce que l~on peut o~tenir par simple combustion. En second lieu, on a découvert que dans plusieurs cas, les rendements obtenus sont plus élevés qu'en opérant de fa,con conventionnelle~
On sait d'autre part que les torches à plasma compor-tent des électrodes que l'on doit éventuellement remplacer à
cause de l'érosion produite au pied de l'arc. Or si ce rem placement intervient à des fréquences trop rapprochées l'utili-sation de la torche à plasma ne devient plus rentable comme c'est la plupart du temps le cas.
L'invention va etre décrite ci-après à l'aide des dessins annexés, lesquels sont donnés à titre illustrati-f et sans caractère limitatif~ Dans les dessins:
la figure 1 illustre le schéma de principe d'une torche à plasma connue, la figure 2 est une courbe de la tension de l'arc i~9L818S
en fonction de la vitesse à courant constant' la figure 3a est un schéma illustrant la trace du pied d'arc à la surface de l'électrode dans une configuration électrodes-bobine de champ, la figure 3b est une courbe illustrant la position de la trace du pied d'arc à la surface de l'électrode en fonction du champ appliqué, la figure 3c est une courbe représentant le tracé
des valeurs des forces d'entraînement en fonction de la posi-tion de la trace du pied d'arc le long de l'axe de l'électrode;
la figure ~ est un schéma d'un montage de torche àplasma selon l'invention; et la figure 5 est un graphique illustrant la distribu-tion axiale du cham~ produit et la position des minima pour deux valeurs du champ produit par une des bobines de la torche illustrée en figure 1.
Plus précisément, la torche à plasma est utilisée pour convertir l'énergie ~lectrique en énergie thermique d'un gas t en faisant passer le gaz en contact avec un arc élec-trique maintenu entre deux électrodes. Une~torche typique estillustrée sur la figure 1 et comporte (a) deux électrodes cylindriques 1,3 reliées à une alimentation électrique 5,7 et entre lesquelles existe un arc électrique 9, ~ b) une injection tangentielle 11 des gaz froids créant un vortex 13 et assurant un transfert maximum d'énergie entre l'arc 9 et le gaz 11, (c) des bobines 17,19 créant un champ magnétique axial pour faire tourner les pieds d'arc 21,23 répartissant ainsi l'érosion inévitable des électrodes, et (d) un orifice de sortie 25 du gaz chauffé à très haute température et appelé plasma 27.
~l2~8 1ll~5i La température de ce gaz varie avec la puissance électrique débitée dans l'arc électrique et le débit gazeux;
cette température pouvant atteindre de 3000 à 10000 le gaz chaud produit est fortement ionisé, c'est donc un plasma d'où
le nom de torche à plasma donné à cet appareil.
La puissance électrique des torches disponlbles commercialement varie entre quelques kW et une dizaine de MW.
Pour les opérations industrielles, la durée de vie des électrodes est un élément primordial. Les manufacturiers de torche spécifient des durées variant entre 100 et 1000 heures pour des électrodes refroidiesO
Le taux d'érosion des électrodes dépend des condi-tions d'opération: valeur du courant d'arc, matériaux et température de l'électrode, nature et pression du gaz ambiant, mouvement du pied d'arc. Cependant le phénomène d'usure est très mal cOmpris.
L'injection tangentielle des gaz froids et la présen-ce d'un champ.magnétique axial ont chacun pour effet de créer une rotation du pied d'arc à la surface des électrodes tubu-laires. L'arc est entralné par le gaz en rotation ou poussépar la force I x B résultant de l'in~eraction entre le champ magnétique B et le courant d'arc I. Ainsi, la vitesse de l'arc augmente avec la valeur du champ magnétique appliqué
transversalement à l'arc.
Par contre la tension d'arc augmentant avec sa vi-tesse de déplacement, l'arc cherchera toujours à ~rûler dans la région où sa vi-tesse sera minimum ainsi qu'on le voit sur la figure 2 où B est la valeur du champ magnétique de soufflage, d est la longueur de l'arc, V la ~ension de l'arc pro-duit et I l'intensité de courant; c'est-à-dire qu'il se placera ~2~8 ~85 dans la région où la somme des sollicitatlons hydrodynamiques et magnétiques est minimale. Ce phénomène est très bien illustré par des résultats obtenus dans une torche à plasma (puissance - 1 ~W) comme l'indique les figures 3a, 3b et 3c, où A et B sont tels que définis ci-dessus et x représente la position de la trace du pied d'arc: la trace A laissée par le pied d'arc sur la surface interne de l'électrode est circulaire et sa distance par rapport à l'espace interélectrode où le gaz 11 est injecté augmente quand le champ magnétique s est ré-duit.
En somme, selon la technique présentement utiliséepour augmenter la durée de vie des électrodes, l'arc est habituellement déplacé rapidement sur un cercle à la s~rface de l'électrode par un champ magnétique constant, répartissant ainsi sur la surface interne de l'électrode cylindrique où l'arc s'attache l'inévitable érosion qui se produit au contact de l'arc avec la surface de l'électrode. Cette amélioration aug-mente sensiblement la vie de l'électrode qui subit l'érosion, étant donné que le pied d'arc ne reste pas attaché en un seul point mais qu'au contraire le pied d'arc balaie une surface circulaire. Il reste néanmoins que l'électrode est endommagée à ce point, qu'après un certain temps, il faut le changer. Il existe donc un net besoin de pouvoir recourir à une technologie qui augmente encore la vie des torches à plasma, du moins si l'on désire étendre le champ d'application de ces dispositifs.
Selon la présente invention, il est possible de pro-longer la vie des électrodes des torches à plasma en augmen-tant la surface balayée par le pied d'arc.
Un objet de la présente invention concerne une mé-thode par laquelle on provoque un déplacement axial de latrajectoire du pied d'arc.
~L2~ 85 L'invention concerne une méthode de contrôle de l'éro-sion des électrodes d'une torche à plasma, dans laquelle s~é-tablit un arc électrique lorsque les électrodes sont reliées à
une alimentation électrique et un champ magnétique axial engen-dré par un système à bobine de champ, provoque la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes. Selon l'invention, l'on fait varier périodique-ment la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc, entralnant ainsi un déplace-ment axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc.
De préf~rence, l'on fait moduler continuellement lavaleur du courant dans le système de bobine, de façon à faire déplacer chacun des pieds d'arc sur une surface cylindrique, par exemple selon une trajectoire hélicoidale.
Selon une réalisation préférée de l'invention, le système à bobine de champ comporte une, deux ou plusieurs bobines de champ pour chaque électrode.
La valeur du ou des courants dans une ou plusieurs des bobines peut être modulée continuellement de façon à modi-fier axialement la position du minimum de la résultante deschamps entralnant ainsi un déplacement axial de la trajectoire radiale du pied d'arc. De préférence, l'on ajuste la modula-tion de la valeur des courants de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
L'invention concerne aussi une torche à plasma comportant deux électrodes cylindriques permettant d'obtenir un arc électrique lorsque les électrodes sont reliées à une alimentation électrique, et un système à bobine de champ pour 8i~5 chaque électrode pour provoquer la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes cylindriques. Selon l'invention, on prévoit des moyens pour faire varier périodiquement la valeur des courants dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc entralnant ainsi un déplacement axial de la trajectoire cir-culaire du pied d'arc. Par exemple, lesdits moyens sont agen-cés pour moduler continuellement la valeur des courants dans le système à bobine, de façon à faire déplacer chacun des pieds d'arc sur une surface cylindrique.
Selon une réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour moduler continuellement la valeur du courant dans une des deux bobines de fa~on à modifier axiale-ment la position du minimum de la somme de deux champs en-tra~nant ainsi un déplacement axial de la trajectoire radiale du pied d'arc.
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour ajuster la modulation de la valeur du courant de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
En se référant à la figure 4 on verra que la torche 29 comporte au moins deux bobines de champ 31 et 33 pour cha-que électrode contrairement aux torches commerciales qui n'en comportent qu'une seule. La valeur du courant dans une des bobines (ou les deux) est modulée par tout moyen connu 35 continuellement de facon à modifier axialement la position du minimum de la somme des deux champs entraînant ainsi un dé-placement axial d de la trajectoire radiale a ou b du pied l35 d'ar- 37. Le pied d'arc ne décrit plus un cercle, il se dé-place sur une surface cylindrique. Les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes peuvent etre synchronisés par tous moyens connus pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
Un déplacement axial de la trajectoire du pied d'arc peut également être obtenu dans le cas où chaque électrode de la torche à plasma ne comporte qu'une seule bobine et une in-jection tourbillonnaire du gaz; ce déplacement peut en effet etre obtenu en modulant continuellement le courant dans la bobine. Ce controle est néanmoins moins efficace que par l'emploi de deux ou plusieurs bobines.
Le taux d'érosion d'une torche commerciale a été
mesuré par plusieurs manufacturiers, il est approximativement de 1,5xlO kg par coulomb d'électricité~ La quantité de matière érodée après 400 heures de fonctionnement à lOOOA d'une torche est donc de:
1,5xlO 9 x 400 ~ 3600 x 1000 = 2,16 kg Pour une torche de 7 cm de diamètre intérieur d'élec-trode et de 1 cm d'épaisseur utile au point de vue érosion, lalongueur X érodée selon la direction axiale est de (densité
pour le cuivre 8,95):
X = 2~16 1 - 1 1 dm = 11 cm 8,95 0,7 x~xO,l Si toute la surface de l'électrode d'une longueur supérieure à 50 cm est utilisée, il y a une augmentation de la durée de vie d'un facteur de 4,5 (soit 2000 heures).
La présente invention concerne une méthode et un système de controle de l'érosion des électrodes d'une torche à plasma. Plus précisément, l'invention se rapporte à l'uti-lisation de la torche à plasma dans des conditions où les électrodes de cette dernière ont une vie sensiblement prolongée en augmentant la surface balayée par le pied d'arc.
On sait que l'industrie du fer et de l'acier demande beaucoup d'énergie, cette dernière étant surtout produite par des combustibles, et fait assez peu usage d'électricité. C'est ainsi que dans les usines soit disant intégrés on préfère uti-liser du charbon pour fournir la plus grande partie de l'éner-gie (chimique et thermique) pour la réduction du minerai de fer à l'état métallique On utilise aussi le charbon comme source d'énergie pour fabriquer de l'acier en transformant di-rectement le métal dans un four à sole ou dans les fours à
oxygène et à coke, ainsi que dans les autres étapes de traite-ment (four à coke et haut-fourneau à gaz). D'autre part, on sait que dans les usines non intégrés la fusion et le chauffa~e doivent utiliser d'autres formes d'énergie.
Pour toutes sortes de raisons, il y aurait intéret à convertir le plus possible de ces usines, à l'électricité, si seulement cela s'avérerait rentable. Cependant aux taux présents de l'électricité, surtout si l'on utilise de l'é~ui-pement conventionnel il n'est pas apparu pratique d'effectuer la conversion. I1 reste la torche à plasma qui pourrait se mOntrer d'utilisation intéressante et pratique surtout dans la production de courant d'air chaud ou de gaæ réducteur pour les hauts-fourneaux, le reforming de carburant fossile pour réduction directe, le remplacement des électrodes dans les fours à arc, le préchauffage de la ferraille, la fusion aux gaz inertes, la mise a feu des boulettes, le chauffage des lingots et le préchauffage des poches.
L'utilisation d'arcs électriques pour obtenir des gaz à très haute température date du début du slècle et l'appa-reil dont on se sert pour produire ces températures est commu-nément nommée torche à plasma. Ces dispositifs SOIlt rapidement passés de simples curiosités de laboratoires à des équipements spécialisés pour la fabrication d'objets uniques. Récemment, les prix croissants et des incertitudes quant à la disponibilité
des combustibles à base d'hydro-carbures légers ont mené les experts à considérer l'application des torches à plasma à un plus grand nombre de procédés industriels opérant à hautes températures. Deux raisons principales sont à la base de cette proposition. En premier lieu, ce dispositif permet d'attein-dre des températures beaucoup plus élevées, résultant en des taux d'efficacité de chauffage beaucoup plus élevés que ce que l~on peut o~tenir par simple combustion. En second lieu, on a découvert que dans plusieurs cas, les rendements obtenus sont plus élevés qu'en opérant de fa,con conventionnelle~
On sait d'autre part que les torches à plasma compor-tent des électrodes que l'on doit éventuellement remplacer à
cause de l'érosion produite au pied de l'arc. Or si ce rem placement intervient à des fréquences trop rapprochées l'utili-sation de la torche à plasma ne devient plus rentable comme c'est la plupart du temps le cas.
L'invention va etre décrite ci-après à l'aide des dessins annexés, lesquels sont donnés à titre illustrati-f et sans caractère limitatif~ Dans les dessins:
la figure 1 illustre le schéma de principe d'une torche à plasma connue, la figure 2 est une courbe de la tension de l'arc i~9L818S
en fonction de la vitesse à courant constant' la figure 3a est un schéma illustrant la trace du pied d'arc à la surface de l'électrode dans une configuration électrodes-bobine de champ, la figure 3b est une courbe illustrant la position de la trace du pied d'arc à la surface de l'électrode en fonction du champ appliqué, la figure 3c est une courbe représentant le tracé
des valeurs des forces d'entraînement en fonction de la posi-tion de la trace du pied d'arc le long de l'axe de l'électrode;
la figure ~ est un schéma d'un montage de torche àplasma selon l'invention; et la figure 5 est un graphique illustrant la distribu-tion axiale du cham~ produit et la position des minima pour deux valeurs du champ produit par une des bobines de la torche illustrée en figure 1.
Plus précisément, la torche à plasma est utilisée pour convertir l'énergie ~lectrique en énergie thermique d'un gas t en faisant passer le gaz en contact avec un arc élec-trique maintenu entre deux électrodes. Une~torche typique estillustrée sur la figure 1 et comporte (a) deux électrodes cylindriques 1,3 reliées à une alimentation électrique 5,7 et entre lesquelles existe un arc électrique 9, ~ b) une injection tangentielle 11 des gaz froids créant un vortex 13 et assurant un transfert maximum d'énergie entre l'arc 9 et le gaz 11, (c) des bobines 17,19 créant un champ magnétique axial pour faire tourner les pieds d'arc 21,23 répartissant ainsi l'érosion inévitable des électrodes, et (d) un orifice de sortie 25 du gaz chauffé à très haute température et appelé plasma 27.
~l2~8 1ll~5i La température de ce gaz varie avec la puissance électrique débitée dans l'arc électrique et le débit gazeux;
cette température pouvant atteindre de 3000 à 10000 le gaz chaud produit est fortement ionisé, c'est donc un plasma d'où
le nom de torche à plasma donné à cet appareil.
La puissance électrique des torches disponlbles commercialement varie entre quelques kW et une dizaine de MW.
Pour les opérations industrielles, la durée de vie des électrodes est un élément primordial. Les manufacturiers de torche spécifient des durées variant entre 100 et 1000 heures pour des électrodes refroidiesO
Le taux d'érosion des électrodes dépend des condi-tions d'opération: valeur du courant d'arc, matériaux et température de l'électrode, nature et pression du gaz ambiant, mouvement du pied d'arc. Cependant le phénomène d'usure est très mal cOmpris.
L'injection tangentielle des gaz froids et la présen-ce d'un champ.magnétique axial ont chacun pour effet de créer une rotation du pied d'arc à la surface des électrodes tubu-laires. L'arc est entralné par le gaz en rotation ou poussépar la force I x B résultant de l'in~eraction entre le champ magnétique B et le courant d'arc I. Ainsi, la vitesse de l'arc augmente avec la valeur du champ magnétique appliqué
transversalement à l'arc.
Par contre la tension d'arc augmentant avec sa vi-tesse de déplacement, l'arc cherchera toujours à ~rûler dans la région où sa vi-tesse sera minimum ainsi qu'on le voit sur la figure 2 où B est la valeur du champ magnétique de soufflage, d est la longueur de l'arc, V la ~ension de l'arc pro-duit et I l'intensité de courant; c'est-à-dire qu'il se placera ~2~8 ~85 dans la région où la somme des sollicitatlons hydrodynamiques et magnétiques est minimale. Ce phénomène est très bien illustré par des résultats obtenus dans une torche à plasma (puissance - 1 ~W) comme l'indique les figures 3a, 3b et 3c, où A et B sont tels que définis ci-dessus et x représente la position de la trace du pied d'arc: la trace A laissée par le pied d'arc sur la surface interne de l'électrode est circulaire et sa distance par rapport à l'espace interélectrode où le gaz 11 est injecté augmente quand le champ magnétique s est ré-duit.
En somme, selon la technique présentement utiliséepour augmenter la durée de vie des électrodes, l'arc est habituellement déplacé rapidement sur un cercle à la s~rface de l'électrode par un champ magnétique constant, répartissant ainsi sur la surface interne de l'électrode cylindrique où l'arc s'attache l'inévitable érosion qui se produit au contact de l'arc avec la surface de l'électrode. Cette amélioration aug-mente sensiblement la vie de l'électrode qui subit l'érosion, étant donné que le pied d'arc ne reste pas attaché en un seul point mais qu'au contraire le pied d'arc balaie une surface circulaire. Il reste néanmoins que l'électrode est endommagée à ce point, qu'après un certain temps, il faut le changer. Il existe donc un net besoin de pouvoir recourir à une technologie qui augmente encore la vie des torches à plasma, du moins si l'on désire étendre le champ d'application de ces dispositifs.
Selon la présente invention, il est possible de pro-longer la vie des électrodes des torches à plasma en augmen-tant la surface balayée par le pied d'arc.
Un objet de la présente invention concerne une mé-thode par laquelle on provoque un déplacement axial de latrajectoire du pied d'arc.
~L2~ 85 L'invention concerne une méthode de contrôle de l'éro-sion des électrodes d'une torche à plasma, dans laquelle s~é-tablit un arc électrique lorsque les électrodes sont reliées à
une alimentation électrique et un champ magnétique axial engen-dré par un système à bobine de champ, provoque la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes. Selon l'invention, l'on fait varier périodique-ment la valeur du courant dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc, entralnant ainsi un déplace-ment axial de la trajectoire circulaire du pied d'arc.
De préf~rence, l'on fait moduler continuellement lavaleur du courant dans le système de bobine, de façon à faire déplacer chacun des pieds d'arc sur une surface cylindrique, par exemple selon une trajectoire hélicoidale.
Selon une réalisation préférée de l'invention, le système à bobine de champ comporte une, deux ou plusieurs bobines de champ pour chaque électrode.
La valeur du ou des courants dans une ou plusieurs des bobines peut être modulée continuellement de façon à modi-fier axialement la position du minimum de la résultante deschamps entralnant ainsi un déplacement axial de la trajectoire radiale du pied d'arc. De préférence, l'on ajuste la modula-tion de la valeur des courants de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
L'invention concerne aussi une torche à plasma comportant deux électrodes cylindriques permettant d'obtenir un arc électrique lorsque les électrodes sont reliées à une alimentation électrique, et un système à bobine de champ pour 8i~5 chaque électrode pour provoquer la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes cylindriques. Selon l'invention, on prévoit des moyens pour faire varier périodiquement la valeur des courants dans le système à bobine de champ utilisé pour faire tourner l'arc entralnant ainsi un déplacement axial de la trajectoire cir-culaire du pied d'arc. Par exemple, lesdits moyens sont agen-cés pour moduler continuellement la valeur des courants dans le système à bobine, de façon à faire déplacer chacun des pieds d'arc sur une surface cylindrique.
Selon une réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour moduler continuellement la valeur du courant dans une des deux bobines de fa~on à modifier axiale-ment la position du minimum de la somme de deux champs en-tra~nant ainsi un déplacement axial de la trajectoire radiale du pied d'arc.
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, des moyens sont prévus pour ajuster la modulation de la valeur du courant de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
En se référant à la figure 4 on verra que la torche 29 comporte au moins deux bobines de champ 31 et 33 pour cha-que électrode contrairement aux torches commerciales qui n'en comportent qu'une seule. La valeur du courant dans une des bobines (ou les deux) est modulée par tout moyen connu 35 continuellement de facon à modifier axialement la position du minimum de la somme des deux champs entraînant ainsi un dé-placement axial d de la trajectoire radiale a ou b du pied l35 d'ar- 37. Le pied d'arc ne décrit plus un cercle, il se dé-place sur une surface cylindrique. Les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes peuvent etre synchronisés par tous moyens connus pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la meme valeur.
Un déplacement axial de la trajectoire du pied d'arc peut également être obtenu dans le cas où chaque électrode de la torche à plasma ne comporte qu'une seule bobine et une in-jection tourbillonnaire du gaz; ce déplacement peut en effet etre obtenu en modulant continuellement le courant dans la bobine. Ce controle est néanmoins moins efficace que par l'emploi de deux ou plusieurs bobines.
Le taux d'érosion d'une torche commerciale a été
mesuré par plusieurs manufacturiers, il est approximativement de 1,5xlO kg par coulomb d'électricité~ La quantité de matière érodée après 400 heures de fonctionnement à lOOOA d'une torche est donc de:
1,5xlO 9 x 400 ~ 3600 x 1000 = 2,16 kg Pour une torche de 7 cm de diamètre intérieur d'élec-trode et de 1 cm d'épaisseur utile au point de vue érosion, lalongueur X érodée selon la direction axiale est de (densité
pour le cuivre 8,95):
X = 2~16 1 - 1 1 dm = 11 cm 8,95 0,7 x~xO,l Si toute la surface de l'électrode d'une longueur supérieure à 50 cm est utilisée, il y a une augmentation de la durée de vie d'un facteur de 4,5 (soit 2000 heures).
Claims (8)
1. Méthode de contrôle de l'érosion des électrodes d'une torche à plasma, dans laquelle s'établit un are élec-trique lorsque les électrodes sont reliées à une alimentation électrique, des gaz sont introduits au niveau des électrodes par injection tangentielle par rapport audit arc, un champ magnétique axial engendré par un système à bobines de champ provoquant la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes, caractérisée en ce que le système à bobines de champ comporte au moins deux bobines de champ pour chaque électrode, l'on fait moduler continuellement la valeur du courant dans au moins une des bobines de champ, de façon à modifier axialement la position du minimum de la somme des champs produits par les deux bobines de champ, l'on dispose les bobines de champ en posi-tion pour produire ledit minimum sur la surface de l'élec-trode, l'on permet au pied d'arc de se déplacer le long de la surface de l'electrode où la valeur du champ magnétique pré-sente ledit minimum, entraînant ainsi un déplacement uni-directionnel de la trajectoire circulaire du pied d'arc.
2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on fait moduler continuellement la valeur du courant dans le système de bobine, de façon à faire déplacer chacun des pieds d'arc sur une surface cylindrique.
3. Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que les pieds d'arc se déplacent selon une trajectoire hélicoïdale.
4. Méthode selon la revendication 3, caractérisé
en ce que l'on ajuste la modulation de la valeur des courants de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la même valeur.
en ce que l'on ajuste la modulation de la valeur des courants de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la même valeur.
5. Torche à plasma comportant deux électrodes cylin-driques permettant d'obtenir un arc électrique lorsque les-dites électrodes sont reliées à une alimentation électrique, des moyens d'introduction de gaz au niveau des électrodes par injection tangentielle par rapport audit arc, un système d'au moins deux bobines de champ pour chaque électrode pour provoquer la rotation des pieds d'arc selon une trajectoire circulaire à l'intérieur des électrodes cylindriques, des moyens prévus pour moduler continuellement la valeur du courant dans au moins une des bobines de champ de façon à
modifier axialement la position du minimum de la somme des deux champs produits par les deux bobines, des moyens prévus pour disposer les bobines de champ en position pour produire ledit minimum sur la surface de l'électrode, des moyens prévus permettant au pied d'arc de se déplacer le long de la surface de l'électrode où la valeur du champ magnétique présente ledit minimum, entraînant ainsi un déplacement unidirec-tionnel de la trajectoire circulaire du pied d'arc.
modifier axialement la position du minimum de la somme des deux champs produits par les deux bobines, des moyens prévus pour disposer les bobines de champ en position pour produire ledit minimum sur la surface de l'électrode, des moyens prévus permettant au pied d'arc de se déplacer le long de la surface de l'électrode où la valeur du champ magnétique présente ledit minimum, entraînant ainsi un déplacement unidirec-tionnel de la trajectoire circulaire du pied d'arc.
6. Torche à plasma selon la revendication 5, carac-térisé en ce que lesdits moyens pour moduler sont prévus pour moduler continuellement la valeur du courant dans le système de bobines de façon à modifier axialement la position du minimum de la somme des deux champs entraînant ainsi un déplacement axial de la trajectoire radiale du pied d'arc.
7. Torche à plasma selon la revendication 6, carac-térisée en ce que des moyens sont prévus permettant au pied d'arc de se déplacer selon une trajectoire hélicoïdale.
8. Torche à plasma selon la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour ajuster la modulation de la valeur du courant de sorte à synchroniser les déplacements axiaux des pieds d'arc aux deux électrodes pour conserver une longueur d'arc constante et ainsi conserver la tension d'arc à la même valeur.
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